国内制氢中期以煤制为主,远期转向可再生能源

宁洋

新一代汽车,能源,新材料,互联网

  • 2019-08-02
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近年来,随着人们可持续发展思想的确立、油气资源的不可再生性以及氢能全产业链的技术进步,共同推动了氢能产业的整体高速发展,而其下游燃料电池及汽车的应用,从制氢规模和氢气纯度上又提出了更高的要求。本文介绍了氢能产业链、制氢路线及国内氢气市场情况,并依据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》对未来氢气供需做了简要分析。

摘要:近年来,随着人们可持续发展思想的确立、油气资源的不可再生性以及氢能全产业链的技术进步,共同推动了氢能产业的整体高速发展,而其下游燃料电池及汽车的应用,从制氢规模和氢气纯度上又提出了更高的要求。本文介绍了氢能产业链、制氢路线及国内氢气市场情况,并依据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》对未来氢气供需做了简要分析。

根据国际氢能委员会(The Hydrogen Council)预测,全球将从2030年年开始大规模利用氢能,2040年氢能将占全球终端能源总消费量的18%。而全球油气巨头如壳牌、法国液化空气集团、梅塞尔等公司预测,2018~2021年全球氢气需求量年均增长率为3.5%~6%,2020~2050年为23%~35%。氢能已成为全球关注的新能源发展热点,众多能源、汽车、金融公司逐渐向氢能业务渗透,多产业协同创新发展的新格局初现端倪。

向下产业链较长,燃料电池汽车应用对制氢要求较高

氢能产业链中,上游为氢气的制备,主要技术方式包括传统能源煤、石油、天然气的化石原料制氢法、氯碱工业等化工原料制氢法、工业尾气制氢法、电解水制氢法以及其他制氢技术;中游为储运环节,氢能的主要储运技术包括高压气态、低温液态、储氢材料等;下游为氢能的应用,涉及到能源的多个方面,除了在传统石化工业应用如合成氨、甲醇、石油炼化外,还包括加氢站、燃料电池汽车等领域的应用。

  

图1 氢气产业链构成

  (资料来源:金智创新行业研究中心)

由于下游燃料电池汽车对氢气纯度要求在99.97%以上,且随着燃料电池汽车产业的迅速发展,在氢气产量和纯度上都提出了新的要求。

国内制氢需依托煤炭资源向可再生能源制氢过渡

传统的制氢方式分为煤炭、天然气为主的化石能源重整制氢,电解水制氢,以焦虑煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢。而可再生制氢如生物质直接制氢和太阳能光催化分解水制氢等产业化技术尚不成熟,处于开发阶段,目前氢气产量中,97%是由化石能源制得。

国内近期依靠依靠工业副产提纯。由于国内天然气较为匮乏,形成了制氢的独特格局,氢气来源以氯碱工业副产氢和焦炉煤气制氢为主,辅以甲醇及合成氨工业、丙烷脱氢项目合成气,为工业副产提纯制氢提供了大量的原料,且提纯成本也较低。

  表1 国内工业副产提纯制氢来源

  

  (资料来源:《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》)

中期以煤制路线为主。由于2018年国内一次能源消费结构中,国内煤炭占总量的66%、石油占19.1%、天然气仅占5.9%,石油和天然气对外依存度较高,因此化石路线中,我国更加适合煤炭制取路线,在华北、西部等煤炭资源相对丰富的地区,布局大中型规模制氢装置。

远期期待可再生能源制氢产业化。电解水制氢是较为成熟的制氢方式,且绿色环保、氢气纯度较高。但生产成本受电价影响较大,由风电、水电等新能源制取时理论成本较低,而以火电为主制取时成本较高,又由于新能源等可再生能源产业在国内发展有限,限制了电解水制氢成本的降低,未来待产业成熟后,电解水制氢产业化可期。

氢气供需基本持平,未来可再生能源制氢占比66%以上

根据中国氢能联盟统计,2018年国内氢气产量约为2100万吨,换算热值占终端能源总量的2.7%,而当年的氢气需求量约为2200万吨,供不应求。预计2030年国内氢气年均需求将达到3500万吨;到2050年,国内氢气年均需求将达到6000万吨,换算热值占终端能源总量的份额达到10%。

  

图2 中国氢气需求预测

  (资料来源:中国氢能联盟、广发证券)

随着中国能源结构从传统化石能源为主转向以可再生能源为主的多元格局,成熟的可再生能源电解制氢技术将成为主流,配合煤制氢、生物制氢等多种技术,氢能供给将实现千万吨级,以满足氢能市场需求。预计2030年可再生能源电解制氢规模将达到1800万吨,2050年将达到4000万吨,占总氢气总量的66.66%,成为占比最高的制氢方式。

未来交通领域是氢能产业快速发展的主要驱动力

2018年,国内氢气在合成氨、合成甲醇和石油炼化等工业领域上的应用占99%以上,在交通领域仅占不到1%,而根据中国氢能联盟预测,2050年,氢能在交通运输领域的消耗量将大大提升,预计占比为41%。因此,未来交通领域氢气消耗的增长是氢能产业发展的主要驱动力。

  

  图3 2018年和2050年氢气应用领域份额对比

  (资料来源:中国氢能联盟、金智创新行业研究中心)

小结

燃料电池及汽车的应用,从制氢规模和氢气纯度上又提出了更高的要求。氢气向下产业链较长,燃料电池汽车应用对制氢要求较高;国内制氢需依托煤炭资源向可再生能源制氢过渡;目前氢气供需基本持平,未来可再生能源制氢占比66%以上;未来交通领域是氢能产业快速发展的主要驱动力。


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